熱軋寬厚鋼板外部輪廓氧化鐵皮的研究

李志

【摘 要】由于鐵容易在空氣中氧化，氧化鐵的結垢會嚴重影響熱軋帶鋼的外部輪廓質量以及在實際中的應用價值。結合熱軋寬厚鋼板的實際生產，對熱軋寬厚鋼板外部輪廓氧化鐵皮的原因進行了分析和探討，并提出了具體有效的預防措施。在氧化鐵皮結構中，氧化鐵最接近鐵層，氧化鐵外面依次為氧化鐵和氧化鐵。氧化膜的密度由內向外增加。

【關鍵詞】熱軋鋼板；氧化鐵皮；熱度

熱軋寬厚鋼板是由板坯經過熱軋制造而成的，而板坯在加溫過程中，難以避免其外部輪廓與氧氣接觸反應，從而生成氧化鐵皮。雖然在板胚軋制前，要用高壓水除鱗，但是氧化鐵皮實際的性質，使其不能全部除盡，尤其是在低合金鋼坯加溫后，其外部輪廓氧化鐵皮更加嚴密，因此也更難除盡。也正是因為這些原因導致了鐵坯中會含有一定的氧化鐵，而氧化鐵皮一旦被軋入鋼板外部輪廓就會形成大小不一的麻點，這也就大大降低了成品鋼板外部輪廓質量。在實際中，潛移默化厚板外部輪廓氧化鐵皮脫落的原因有很多，但歸根到底還是與氧化鐵皮本身的特征有關。因此，為了改善鋼板外部輪廓的點蝕問題，有必要研究高溫過程中鋼板的氧化鐵皮形成機理和氧化鐵皮的特性，并找出有效去除鋼板外部輪廓點蝕的方法。

一、氧化鐵皮的形成及去除機理

鋼的氧化是由于氧和鐵在相反方向上的擴散，經過一段時間后，這兩種元素會發生碰撞，在合適的環境條件下會發生化學反應生成氧化物。這種氧化物是我們所迷惑的氧化鐵皮。它的結構不是緊密排列的，而是分層的。從鐵層到外部，依次是氧化鐵、氧化鐵和氧化鐵。由于氧化鐵的化學性質不同，氧化膜的密度由內向外增加，氧化鐵皮的熔點約為1325℃。氧化鐵的比例，而合金鋼的外部輪廓垢在加溫后很難被高壓水除去。然而，在后續的處理過程中，氧化鐵皮的去除失敗將導致鋼板外部輪廓出現大量的黑點，這大大降低了成品鋼板的質量。

一次氧化板被壓入熱軋寬厚鋼板中，主要反映在鋼板外部輪廓不規則分布的不規則黑點，外部輪廓常出現粗糙的點蝕。當二次氧化鐵皮被壓入鋼中時，它以粒狀嵌入到鋼板中。鋼板外部輪廓粗糙，存在大量的小黑點。

二、熱軋氧化鐵皮產生的原因及控制措施

氧化鐵皮的產生受外部環境熱度大小的變化影響很大，基于對氧化鐵皮形成的環境因素，分析總結了以下幾點氧化鐵皮形成的原因及防范措施：

（1）由于鋼材的形成是在鐵的基礎上降低其鐵的含量，所以加溫熱度普遍較高，會產生局部或者整體由于加溫時間長形成過熱的缺點，使生成的氧化鐵皮硬化，而硬化的氧化鐵皮在清除過程中很難被清除干凈。

（2）不恰當的空氣通入，會導致很多的空氣剩余，在實際的生產過程中，通入爐內的空氣應根據實際情況做出正確的調整，避免因為空氣過量導致氧化鐵皮的生成量增大，造成不必要的麻煩。

（3）爐內形成負壓，在通入冷空氣的時候，應嚴格講爐壓控制在0～10Pa左右的微正壓力下。因事故被迫停爐時，應當在恰當的時間關閉煙道閘門，保持爐膛壓力為正壓不變。

氧化鐵皮與鋼的基體的粘著力不僅僅是上述原因有關，還與其中的孔積率和氣孔的直徑有較為直接的關系。

鋼的主要化學成分是在加溫中影響氧化產生氧化鐵皮的內在因素，但我們會發現一些合金元素對氧化鐵皮的化學性質會產生一些影響，比如硅、鋁、鉻等元素都能夠有效的提高鋼自身的抗氧化性，這些元素能與空氣中的氧反應，從而在鋼的外部輪廓形成一層致密的氧化膜，這層氧化膜就相當于一層保護膜，使除鱗十分困難。我們以常見的管線鋼X60為例進行探究分析：X60管線鋼的成分中有0.22%的Si，這也與文獻報道中的硅含量（0.2%～0.3%）相對較高的鋼將會在鋼與氧化層界面形成鐵橄欖石層相吻合。當板坯加溫熱度和硅含量較高時，就會在高溫的作用下，Si元素向氧化鐵和鋼二者之間的交界面發生擴散，并形成液化膜，該液化膜由氧化鐵和組成，同時，我們由該液化膜的化學組成可知，它與氧化鐵層之間存在著一種良好的浸潤作用。在低于1175℃左右時，會發生共晶反應，形成一層鐵橄欖石層。所以在實際生產軋制X60管線鋼時，要盡量避免鐵橄欖石層的形成，合理的調整加溫爐的熱度。

三、防止二次氧化鐵垢和二次氧化鐵垢的原因

主要是由于開度過大、軋制熱度過高和除鱗時間過長等原因造成的化學反應不當。在實際生產中，通過控制軋制熱度，縮短帶鋼在鋼框架中的停留時間，強化除銹點，可以防止二次結垢：

（1）控制軋制熱度：在高溫條件下，結垢后的板坯會產生二次結垢。反應迅速，形成二級氧化鐵皮，二級氧化鐵皮將在高溫條件下形成。熔化是很難去除的。因此，當熱度過高時，可事先通知加溫爐出鋼，鋼可在爐門處冷卻，所有除鱗水均可打開，以降低鋼的外部輪廓熱度。由于1030℃是氧化鐵皮的熔點，為了保證除鱗效率，中間坯料頭部熱度應盡可能控制在1030℃以下。

（2）限制中間坯料的厚度：如果最終精軋機出口條件（帶鋼熱度、厚度、軋制速度等）保持不變，并且中間坯料變薄，在除鱗后，它通過第一精軋機帶鋼上的不確定點。在除銹箱與第一精軋機和精軋機機架之間進行軋制。大大縮短了時間，從而有效地避免了氧化膜的形成。

（3）高速軋制：在精軋機內進行高速軋制能夠有效減少與空氣的接觸，進而減少氧化鐵皮的增長。

（4）精軋機機架間冷卻：盡可能多地打開機架之間的冷卻水。這樣，在軋制模型中，最終軋制熱度不會發生劇烈變化，軋制速度也會提高。另一方面，機架間冷卻水對減緩氧化垢的生長和去除氧化鐵皮有很好的效果。

基于先前的研究，根據前面的相關文獻中，作者提出了以下的預防措施：

（1）輥抗剝落水：熱度和機械疲勞引起的工作軋輥的外部輪廓上的微裂紋，從而導致氧化鐵的積累比例。連接到卷筒上，然后轉移到帶材外部輪廓和抵靠帶外部輪廓按壓。輥子的防剝落可延長精軋輥的使用壽命，保護輥面，從而改善輥面外部輪廓質量。相關研究表明，輥式防剝落水功能在提高熱軋寬厚鋼板的質量上可取得較好的效果。

（2）軋制油軋制：精軋輥采用油霧軋制，在工作輥與帶材之間形成潤滑接觸。注入的油在高溫高壓下會迅速汽化。對軋輥外部輪廓具有良好的潤滑效果，可有效防止粘輥現象，防止軋輥外部輪廓產生較大損傷，提高帶鋼質量。為了提高產物質量，減少軋輥消耗，必須采用油膜潤滑。

四、結論

在熱軋鋼板上控制氧化鐵鱗片是一項艱巨的工作。只有更全面地了解氧化鐵結垢的具體原因和部位，才能對氧化鐵結垢進行針式控制，并提出相應的措施，提高產物質量。氧化鐵垢及其介孔體積和孔徑對氧化鐵垢的結垢有一定的影響。另外，氧化鐵皮較厚，與氧化鐵皮結構相鄰的氧化鐵層是氧化鐵，然后向外分別是三氧化二鐵和四氧化三鐵。然而，隨著鋼中硅含量的增加，在氧化鐵皮與基體外部輪廓之間會形成一層中間材料。通過對這些問題的具體研究和分析，認為熱軋寬厚鋼板的質量將大大提高。

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